Ziel der Entwicklung

Ziel des beantragten Forschungsvorhabens war die Entwicklung von benutzerfreundlichen, gestrickten, einlagigen, aktiven Laserschutzhandschuhen für die industrielle und medizinische Anwendung an Laseranlagen im Spektralbereich der nahen Infrarotstrahlung. Die gestrickten, aktiven Laserschutzhandschuhe sollten einen wirksamen Schutz vor Laserstrahlung der angewendeten Lasersysteme bieten. Damit wird ein wesentlicher Beitrag zur Verringerung der Gefährdung sowie zur Aufrechterhaltung der Gesundheit der beschäftigten Personen an ihrem Arbeitsplatz geleistet. Um zum Tragen der Schutzkleidung zu motivieren, war es außerdem notwendig, in der Entwicklung, neben der Grundfunktionalität, auch den Tragekomfort und die Haptik mit einzubeziehen.
Lösungsansatz für die Herstellung eines solchen Laserschutzhandschuhs war die Entwicklung eines elastischen, aber dichten Formgestricks. Durch die Verwendung von geeigneten leitfähigen, optisch resistenten Garnkombinationen sollten zum einen Hautschädigungen durch die Einwirkung der Laserstrahlung gemindert werden. Zum anderen sollten auf Basis integrierter Sensorik das System aktiv auf Beschädigung überprüft und im Fall einer Lasereinwirkung das System abgeschaltet werden.
Im Rahmen der Projektbearbeitung erfolgte die erfolgreiche Entwicklung von Strickmustern mit unterschiedlichen Materialkombinationen sowie deren Untersuchung hinsichtlich ihrer Materialeigenschaften und Eignung für den Einsatz in Laserschutzhandschuhen. Aus den Untersuchungsergebnissen ableitend erfolgte die Entwicklung eines prototypischen Musters eines Laserschutzhandschuhs.
Des Weiteren wurde die Prüfanordnung zur Ermittlung der Schutzeigenschaften angepasst, welche den klein- und mittelständischen Unternehmen der Schutztextil- und Handschutzbranche eine Handreichung für die Entwicklung und den Vertrieb von Produkten gegen derartige Risiken liefert.
Im Rahmen der Projektarbeiten wurden weiterhin Messungen der Transmissions-, Remissions- und Absorptionswerte zur Bestimmung der physikalischen Schutzeigenschaften durchgeführt, die eine Einschätzung der Schutzwirkung geben. Des Weiteren erfolgten Prüfungen des Brennverhaltens der verwendeten Materialien.
Zur Ermittlung der Laserschutzeigenschaften wurden Realbestrahlungen mit Ermittlung der Änderung der elektrischen Eigenschaften des Leitgarnes sowie kalorimetrische Wärmeflussmessungen durchgeführt.

Vorteile und Lösungen

Innerhalb des Projektes wurden gestrickte, aktive Laserschutzhandschuhe entwickelt und auf ihre Leistungsfähigkeit untersucht. Das Ziel war es, einen funktionsfähigen, aktiven Laserschutzhandschuh mit guten feinmotorischen Eigenschaften und Tragekomfort im industriellen Anwendungsfeld herzustellen.
Hierfür wurden zunächst die Anforderungen an den Handschuh festgelegt und vertiefte Recherchen zu verwendbaren Materialkombinationen durchgeführt. Auf Basis dessen konnten diverse leitfähige Garne identifiziert und für die weiteren Arbeiten erworben werden.
Die am Ende identifizierten Materialkombinationen aus leitfähigem Material und Modacryl-Baumwollfasern zeigten eine sehr anpassungsfähige Materialzusammensetzung, mit der Schutzhandschuhe mit hoher Duktilität gestrickt werden konnten. Die leitfähige Komponente erwies sich als anwendbar. Es war möglich, innerhalb der Realbestrahlungsversuche eine Signalerfassung und auch eine damit verbundene Messwertänderung zu ermitteln. Mit entsprechender Hardware ist somit eine Einbindung solcher Schutzsysteme in Laseranlagen möglich.
Die Brennprüfung der Handschuhe zeigte kein Weiterbrennverhalten sowie keine ausgeprägte Flammenausbreitung. Somit ist ein Einsatz in den angedachten Einsatzfeldern möglich.
Die Herstellung der Handschuhe konnte unter stetiger Rückkopplung mit erfassten und aus-gewerteten Versuchsreihen verbessert werden. Dafür wurde unter hohem Aufwand in der Programmierung der Strickmuster ein passender Handschuh mit der gewünschten Strickkonstruktion erstellt. Die langfristige Materialauswahl und Fertigung von spezifischen Garnen für die Anwendung haben zum Erfolg dieses Projektes beigetragen. Die stetige Optimierung der Strickprogramme und die ausführliche Prüfung ermöglichten eine zielführende Entwicklung der Laserschutzhandschuhe.
Zum jetzigen Zeitpunkt ist jedoch auch ein sehr hohes Maß an Handarbeit erforderlich, um die Herstellung zu gewährleisten. Hierbei ist primär die Kontaktierung der Leitgarne und die damit verbundene Anbindung an eine auslesende Hardwareeinheit zu sehen. Bei den Arbeiten zur Kontaktierung zeigte sich ein Optimum aus äußerer Isolation und Zugänglichkeit zum Leitmaterial, bei dem eine Kontaktierung ohne größeren Aufwand möglich ist.
Im Bereich der Auslösefähigkeit der Handschuhe als Sensor ist eine Brennfleckgrößen- und Leistungsabhängigkeit ersichtlich. Das bedeutet, dass eine garantierte Auslösung bei einem Bestrahlungsfall nicht in jedem Fall gesehen werden kann. Zusätzlich steigt mit höherem Messwert des Widerstandes auch der messtechnische Aufwand zur sicheren Ermittlung dieser Werte. Somit muss anhand der ermittelten Ergebnisse gesagt werden, dass für die industrielle Fertigung von aktiven Laserschutzhandschuhen und die Nutzung in der Anwendung in bestimmten Bereichen noch Optimierungsbedarf besteht. Innerhalb des Projektes konnte die erfolgreiche Projektdurchführung durch den, wie im Antrag geplanten, Personaleinsatz gewährleistet werden.

Zielgruppe und Zielmarkt

Das wirtschaftliche Marktfeld der aktiven, gestrickten Laserschutzhandschuhe steht in Wechselwirkung mit den technologischen, maschinellen Entwicklungen von Lasern, die das Wachstum des Arbeitsmarktes mit Lasern und die Anforderungen an Laserarbeitsplätze beeinflussen. Durch den steigenden Arbeitsmarktanteil von Lasersystemen wird der Bedarf nach Arbeitsschutzbekleidung und damit der Vertrieb von Strickprodukten für den Laserschutz über Strickereien, Konfektionäre und Händler gefordert. Dies sind die Transferunternehmen und Endanbieter, an welche die Projektergebnisse zur prototypischen Herstellung des Laserschutzhandschuhs überführt werden können. Die Konfektion der Produkte wird meistens in den Strickereien selbst durchgeführt. Die spezifische Strickmusterentwicklung erfordert technologisches Wissen und einen hohen Entwicklungsaufwand, der seitens der Unternehmen durch die Vorarbeit im Projekt stark reduziert werden kann. Demnach ist ein wirtschaftliches Interesse begründet.
Der Markt für Laserschutzprodukte ist hierbei sehr spezialisiert. Nach dem momentanen Stand der Technik gibt es noch keine gestrickten, aktiven Laserschutzhandschuhe auf dem Weltmarkt. Momentan können hauptsächlich passive Laserschutzhandschuhe, Laserschutzbrillen und Laserschutzvorhänge in diesem Branchensegment gefunden werden. Passive Laserschutzhandschuhe sind in ihrer Schutzwirkung jedoch eingeschränkt und für bestimmte Anwendungen nicht ausreichend geeignet.
Bei dem aktiven, gestrickten Laserschutzhandschuh handelt es sich im Fehlerfall um ein Einwegsystem, das nach dem Auslösen (Laser zerstört die textile Oberfläche) nicht wiederverwendet werden kann. Demzufolge würde ein kontinuierlicher Bedarf an Laserschutzhandschuhen bestehen.